集成電路老化試驗溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計

吳瑞芳

摘 ? ?要： 集成電路廣泛應(yīng)用于航空、航天、通信、工業(yè)控制等行業(yè)，一些工作嚴(yán)苛的工作場所對集成電路的可靠性要求很高，因此需要對每個器件在常溫和額定功率條件下進行常規(guī)的老化測試。借助單片機作為下位機實現(xiàn)現(xiàn)場溫度采集，結(jié)合LabVIEW的測控技術(shù)和智能化功能，可有效實現(xiàn)對溫度的檢測與控制。

關(guān)鍵詞： 集成電路老化測試 ? ?LabVIEW ? ?單片機 ? 溫度測控

一、引言

航空航天、軍工、電子、通訊行業(yè)等領(lǐng)域?qū)呻娐返墓ぷ鞣€(wěn)定性要求相當(dāng)高，生產(chǎn)企業(yè)在將集成電路、分列器件投放生產(chǎn)時，必須進行高、低溫老化、測試、篩選及可靠性試驗，以確保集成電路的可靠性。集成電路生產(chǎn)廠家常常要根據(jù)不同要求環(huán)境的集成電路進行不同測試。主要針對集成的高低溫老化測試而進行設(shè)計。所謂老化測試，就是保證被測試的芯片的可靠性，即在一定的時間內(nèi)進行持續(xù)性周期性的測試，使有問題的芯片在這段時間內(nèi)就失效。

基于以上的因素考慮，既要準(zhǔn)確采集集成器件老化程度的溫度數(shù)據(jù)，又要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存并且有效地降低測試成本?？山柚鷨纹瑱C作為下位機實現(xiàn)現(xiàn)場溫度采集，利用LabVIEW作為測控系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的檢測與控制，這樣的上下位配合，實用性高，靈活度高，成本低且穩(wěn)定可靠。

二、總體設(shè)計方案

為了實現(xiàn)溫度檢測系統(tǒng)提出的各項具體功能，將整個系統(tǒng)分解為上位機和下位機兩個部分：上位機為裝有LabVIEW2014軟件的PC機，利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境設(shè)計上位機的監(jiān)控界面，上位機部分完成對硬件的驅(qū)動、數(shù)據(jù)顯示、處理與存儲及人機交互操作界面的生成。通過USB轉(zhuǎn)RS232串行口與STC89C52單片機通信，讀取溫度傳感器DS18B20的溫度測量數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對溫度參數(shù)的實時采集。

三、硬件接口電路設(shè)計

1.LabView平臺與單片機串口通信硬件接口電路設(shè)計

在本設(shè)計中，作為下位機的單片機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和通信，而上位機以PC機為操作平臺，接收數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)，二者之間的核心在于數(shù)據(jù)通信。單片機與PC機通信是通過單片機的串口和PC機的串口之間的硬件連接實現(xiàn)的。

由于單片機的TTL邏輯電平與RS-232的電氣特性完全不同，RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號功能都做了規(guī)定，在TXD和RXD數(shù)據(jù)線上：邏輯1為-3V～-15V的電壓，邏輯0為3V～15V的電壓。由此可見，RS-232C是用正負(fù)電壓表示邏輯狀態(tài)，與晶體管-晶體管邏輯集成電路（TTL）以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定正好相反。因此，在將PC機和單片機通信之前必須進行電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)單片機與串行口的電平轉(zhuǎn)換。

上位機操作以PC機上的LabView虛擬儀器系統(tǒng)作為操作平臺，實現(xiàn)對單片機的數(shù)據(jù)通信。因為現(xiàn)在大部分電腦都有USB接口，因此我們采用USB總線作為系統(tǒng)的通信方式。為了實現(xiàn)USB與單片機的串口連接，采用Prolific公司生產(chǎn)的PL2303接口轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)USB信號與RS232信號的轉(zhuǎn)換。

2.下位機硬件電路設(shè)計

下位機數(shù)據(jù)主要由單片機與DS18B20數(shù)字溫度傳感器測得，由單片機組成的小系統(tǒng)對溫度信號進行采集，然后通過USB轉(zhuǎn)RS-232串口將數(shù)據(jù)傳送給計算機，在計算機上運行的LabVIEW程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)進行分析處理，將結(jié)果由計算機顯示出來，并且保存測量數(shù)據(jù)。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

1.串口異步通信的數(shù)據(jù)格式

在串行通信中，常用的兩種基本串行通信方式包括同步通信和異步通信。本設(shè)計中，主要采用的異步通信方式，在進行程序設(shè)計時為了實現(xiàn)正常的通信，必須對端口號進行選擇，設(shè)置合適的波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位及停止位等參數(shù)。兩臺通信機的參數(shù)必須一致才能實現(xiàn)通信，否則無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.上位機LabVIEW程序設(shè)計

上位機LabVIEW對單片機的串口通信主要是通過VISA實現(xiàn)的，本機安裝的是VISA5.3，VISA實質(zhì)上是一個I/O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱。

I/O接口軟件存在于儀器和儀器驅(qū)動程序之間，完成對儀器內(nèi)部寄存器進行直接存儲數(shù)據(jù)操作，并且為儀器與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件。應(yīng)用LabVIEW里的visa庫對串口通信進行設(shè)置。本設(shè)計串口的設(shè)置參數(shù)為（波特率9600bps 8 位數(shù)據(jù)，1位停止，1位起始，無校驗），下位機的串口設(shè)置與上位機一致。需要注意的是系統(tǒng)從串口讀來的數(shù)據(jù)被自動轉(zhuǎn)換為ASCII字符，要得到數(shù)據(jù)并顯示，還要編寫相應(yīng)的子程序vi。

3.下位機程序設(shè)計

程序是整個系統(tǒng)的靈魂，硬件電路只有通過程序的驅(qū)動才能正常工作，因此程序?qū)τ谙到y(tǒng)來說非常重要。程序中出現(xiàn)一個小的錯誤可能使系統(tǒng)無法正常工作。系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要任務(wù)是：串口初始化，接收上位機發(fā)過來的下位機啟動指令，控制單片機從溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，通過讀取溫度值程序?qū)⒉杉降臏囟戎邓腿肷衔粰C系統(tǒng)中。系統(tǒng)初始化階段，令單片機的定時器T1工作于方式2，用于產(chǎn)生串行通信所需的波特率，然后單片機開始等待PC上位機的指令，當(dāng)單片機得到啟動指令時，單片機開始采集溫度數(shù)據(jù)。單片機將采集到的溫度數(shù)據(jù)儲存在緩沖區(qū)中，然后單片機將采集到的數(shù)據(jù)分為四個字節(jié)，送入上位機進行分析。

五、系統(tǒng)調(diào)試

LabVIEW程序的調(diào)試與其他計算機語言的編寫調(diào)試類似，都需要找出語法錯誤，但LabVIEW的圖形化編程方式就相對簡單得多，大大提高編程的效率。如果一個VI程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行，這時這個按鈕被稱作錯誤列表，點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個列出的錯誤，選用FIND功能，則出錯的對象或端口會變成高亮。

在LabVIEW的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。點擊這個按鈕或使該按鈕圖標(biāo)變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的部分以灰色顯示，執(zhí)行后的部分以高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，這樣，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。

六、結(jié)語

本設(shè)計是一個基于LabVIEW的溫度檢測系統(tǒng)，主要實現(xiàn)單片機與PC機的串口通信，能及時地將溫度數(shù)據(jù)傳給PC機，并將在上位機界面顯示溫度曲線，直觀地表現(xiàn)溫度變化。本設(shè)計的三個設(shè)計要點有：

1.串口通信的參數(shù)設(shè)置，以MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)單片機與串行口的電平轉(zhuǎn)換，采用Prolific公司生產(chǎn)的PL2303接口轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)USB信號與RS232信號的轉(zhuǎn)換，與實現(xiàn)單片機與LabView的串口通信。

2.采用LabView軟件的圖形化界面設(shè)計出測量儀器，以實現(xiàn)上位機的數(shù)據(jù)傳輸和處理。

3.硬件方面采用單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行現(xiàn)場溫度的處理與傳輸。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪敏生，等著.LabVIEW基礎(chǔ)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2002：12-13.

[2]劉君華，賈惠芹.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001：21-22.

[3]孫煥銘，趙會成，等.51單片機C程序應(yīng)用實例詳解.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010：1-5.